Hydrogen and e-fuels production from alternative sources – Centro Interdipartimentale di Ricerca e per i Servizi nel settore della produzione, stoccaggio ed utilizzo dell'Idrogeno

Componenti

Attività di Ricerca

Sviluppo di un cogeneratore per la produzione combinata di idrogeno, energia elettrica, lavoro e calore, basato sulla combustione dell’alluminio in acqua

Argomento dell’attività è lo sviluppo di un cogeneratore basato sulla combustione di alluminio in acqua, basato sul brevetto: Franzoni F., Milani M., Montorsi L. “Cogeneration system based on the combustion of a metallic fuel” (Italian patent MO2008A000249; EU PCT/EP2009/062334; Internazionale WO 2010/034748 A1). L’attività si articola nella:

ideazione, progettazione concettuale e sviluppo architetturale di un cogeneratore di idrogeno pressurizzato, vapore ad alta temperatura, calore e lavoro ad un albero motore, a elevata efficienza energetica e minimo impatto ambientale;
realizzazione di un banco prova per lo studio e sviluppo di un bruciatore ad alluminio liquido e vapore pressurizzato leggermente surriscaldato per la produzione di H2.

In collaborazione con New Jersey Institute of Technology (USA) e aziende.

Utilizzo dell’idrogeno nei processi e sistemi industriali

L’attività sviluppa l’applicazione dell’idrogeno, ottenuto da fonti rinnovabili, nei processi industriali come combustibile alternativo ai fossili, sia a livello di sistema che modellando diversi bruciatori industriali per caratterizzarne il funzionamento con idrogeno puro o blend NG-idrogeno. La valutazione dell’utilizzo dell’idrogeno ha riguardato l’analisi delle tecnologie attuali in sostituzione dei sistemi esistenti; il beneficio è stato valutato in termini di carbon footprint dei sistemi industriale, di investimento economico e TRL delle tecnologie.

In collaborazione con le aziende SACMI SC e PROTESA SpA

Produzione di bio-combustibili da fonti rinnovabili

L’attività sviluppa modelli numerici per la produzione di energia elettrica e termica da diverse fonti, in particolare rinnovabili. I modelli sviluppati predicono le prestazioni di processi per la conversione in energia elettrica e termica di biomasse in funzione delle loro caratteristiche e composizioni, considerando processi sia termochimici (combustione, gassificazione e pirolisi) che biochimici (principalmente digestione anaerobica). Questi modelli valutano per diverse configurazioni d’impianto la produzione di bio-combustibili, quali idrogeno, bio-metano, metano sintetico, dimetiletere, metanolo e ammoniaca. Sono stati sviluppati banchi prova, in particolare per la pirogassificazione di biomasse o scarti di lavorazione per diversi processi industriali.

In collaborazione con POLIMI, UNMI, INSTM, UNIPR e aziende

Valorizzazione della produzione di biogas tramite SOFC

Argomento dell’attività è lo sfruttamento della produzione di biogas in contesti industriali locali con fuel cell a ossidi solidi (SOFC), caratterizzate da alta efficienza (sia elettrica che in cogenerazione). Lo studio prevede l’analisi della competitività delle SOFC in funzione dei costi, delle caratteristiche del biogas, delle condizioni di esercizio e dei piani di incentivazione per la produzione di potenza distribuita, ad alta efficienza e bassa (o nulla) carbon footprint, anche con carbon capture. L’attività prevede la costruzione di un dimostratore di piccola taglia presso un produttore di biogas.

Power-to-X

L’attività si concentra sulla produzione di idrogeno da rinnovabile tramite processo carbon-free quale l’elettrolisi, indagando le diverse tecnologie disponibili e le loro componenti, fino al successivo storage di idrogeno in forma molecolare ovvero trasformato in un energy carrier(prodotti chimici, combustibili, ecc.) per un facile stoccaggio, trasporto e utilizzo secondo una filiera a impronta nulla di carbonio.

Progetti

“MAINE”, bando MITE 2022 – PNRR – Next Generation EU

Il progetto MAINE mira a sviluppare e testare un innovativo pacchetto elettrodico con separatore configurabile per la produzione di idrogeno attraverso elettrolisi per offrire sul mercato una soluzione che superi gli attuali limiti dei materiali in commercio, determinati spesso dal predominio di fornitori oligopolisti che non hanno incentivo a migliorare la performance dei propri prodotti, e che abiliti lo sviluppo di elettrolizzatori sempre più efficienti e sostenibili.

I soggetti proponenti sono due aziende leader nelle tecnologie per la filtrazione in ambito Energy & Mobility (GVS Spa), e nella fornitura di rivestimenti catalitici ad alte prestazioni ed elettrodi insolubili per applicazioni elettrochimiche e industriali (Industrie De Nora Spa), nonché un polo di eccellenza nazionale per le tecnologie dell’idrogeno nato nell’ambito di un accordo di collaborazione tra Snam e Unimore.

Il pacchetto elettrodico con separatore sarà configurabile in base alle tre principali tecnologie disponibili per la produzione di idrogeno da acqua, quali Alkaline water electrolysis (AWE), Polymer electrolyte membrane (PEM) electrolysis e AEM. Anion exchange membrane (AEM) electrolysis.

In collaborazione con le aziende GVS Spa e Industrie De Nora Spa

“ENERCLEAN”, bando Industria 2015 – Made in Italy MISE (2010 – 2013)

Il progetto si basa sull’attività di sviluppo di un innovativo cogeneratore per la produzione combinata di idrogeno, energia elettrica, lavoro e calore, basato sulla combustione dell’alluminio in acqua e si concentra nella progettazione preliminare del prototipo di una stazione di rifornimento di idrogeno completamente autonoma sia dal punto di vista della produzione di idrogeno, per il rifornimento di 120 autovetture al giorno, che dal punto di vista dell’energia elettrica/termica necessaria al funzionamento della stazione stessa.

Pubblicazioni

M. Milani, L. Montorsi, G. Storchi, and M. Venturelli, “CFD analysis and experimental measurements of the liquid aluminum spray formation for an Al–H2O based hydrogen production system,” Int. J. Hydrogen Energy, vol. 46, no. 59, pp. 30615–30624, 2021.
M. Milani, L. Montorsi, G. Storchi, M. Venturelli, C. Pirola and E. Falletta, “Development of an experimental test rig for the pyrolysis of plastic residues and waste tires,” E3S Web Conf., vol. 238, p. 1013, 2021.
M. Pini et al., “Life cycle assessment of an innovative cogeneration system based on the aluminum combustion with water,” Renew. Energy, vol. 154, pp. 532–541, 2020.
M. Milani et al., “Experimental and numerical analysis of a liquid aluminium injector for an Al-H2O based hydrogen production system,” Int. J. Thermofluids, vol. 7–8, p. 100018, 2020.
V. Cruccolini et al., “Lean combustion analysis using a corona discharge igniter in an optical engine fueled with methane and a hydrogen-methane blend,”Fuel, vol. 259, no. xxxx, p. 116290, Jan. 2020.
R. Saponelli et al., “A novel Carbon Capture and Utilisation concept applied to the ceramic industry,” E3S Web Conf., vol. 116, p. 69, 2019.
E. Audasso, L. Barelli, G. Bidini, B. Bosio, and G. Discepoli, “Molten Carbonate Fuel Cell performance analysis varying cathode operating conditions for carbon capture applications,” J. Power Sources, vol. 348, pp. 118–129, Apr. 2017.
M. Milani, L. Montorsi, F. Paltrinieri, and M. Stefani, “Experimental and numerical analysis of the combustor for a cogeneration system based on the aluminum/water reaction,” Energy Convers. Manag., vol. 87, pp. 1291–1296, 2014.
S. Mercati, M. Milani, L. Montorsi, and F. Paltrinieri, “Optimization of the working cycle for a hydrogen production and power generation plant based on aluminum combustion with water,” Int. J. Hydrogen Energy, vol. 38, no. 18, pp. 7209–7217, 2013.
F. Franzoni, M. Milani, L. Montorsi, and V. Golovitchev, “Combined hydrogen production and power generation from aluminum combustion with water: Analysis of the concept,” Int. J. Hydrogen Energy, vol. 35, no. 4, pp. 1548–1559, 2010.